Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn: Do tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng điện năng, trong phạm vi của đề tài này sẽ nghiên cứu các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Tuyển Tiến

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS Đặng Quốc Thống

Hà Nội – 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội Được sự giúp đỡ nhiệt tình cũng như tạo điều kiện thuận lợi của Viện đào tạo sau Đại học, Viện Điện, Bộ môn Hệ thống điện hiện nay em đã hoàn thành luận văn và chuẩn bị bảo vệ Vì vậy em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của Trường Đại học Bách khoa,Viện đào tạo sau Đại học, Viện Điện, Bộ môn Hệ thống điện và đặc biệt là thầy PGS.TS Đặng Quốc Thống

đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

và hoàn thành luận văn này

Trong quá trình hoc tập, cũng như là trong quá trình làm luận văn, khó tránh khỏi những sai sót, rất mong được các thầy, cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, cô để tôi học thêm được nhiều kinh nghiệm và bảo vệ luân văn được tốt hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 30 tháng 3 năm 2014

Học viên

Nguyễn Tuyển Tiến

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của riêng tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng Các kết quả nghiên cứu trong luận văn do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam

Hà Nội, ngày 30 tháng 3 năm 2014

Học viên

Nguyễn Tuyển Tiến

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ khi điện

áp thay đổi

Hình 1.2: Đặc tính của đèn sợi đốt

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất

Hình 1.4: Sơ đồ thay thế dòng điện bap pha chạy qua đường dây có tổng trở Z =

Hình 1.9: Sơ đồ thay thế của đường dây có 3 phụ tải

Hình 1.10: Đồ thị phụ tải trong một năm

Hình 2.1: Sơ đồ dạng hình tia cổ điển

Hình 2.2: Sơ đồ dạng hình tia cổ có cải tiến

Hình 2.3: Sơ đồ dạng hình tia cổ điển cải tiến có đường dây dự trữ

Hình 2.4: Sơ đồ phân phối dạng đường có trục phân nhánh

Hình 2.5: Sơ đồ phân phối dạng đường trục có phân nhánh cải tiến

Hình 2.6: Sơ đồ phân phối dạng đường trục có phân nhánh cải tiến có đường dây

dự phòng

Hình 2.7: Sơ đồ phân phối dạng mạch vòng

Hình 2.8: Sơ đồ phân phối dạng đường dây kép

Hình 2.9: Sơ đồ sử dụng đối với các trạm biến áp không có thanh cái ở phần

điện áp cao

Hình 2.10: Nguyên lý đầu chuyển đổi phân áp

Hình 2.11: Sơ đồ thay thế máy biến áp

Hình 2.12: Điều chỉnh điện áp theo tín hiệu U

Hình 2.13: Điều chỉnh điện áp theo tín hiệu I

Hình 2.14: Sơ đồ lắp đặt MBA bổ trợ

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp bổ trợ

Hình 2.16: Biểu đồ véc tơ của máy biến áp điều chỉnh bổ trợ

Hình 3.1: Véc tơ công suất trước và sau khi bù

Hình 3.2: Biểu đồ phân bố dòng điện với một vị trí đặt bù

Hình 3.3: Biểu đồ phân bố dòng điện với 3 vị trí đặt bù

Hình 3.4: Sơ đồ mạng hình tia

Hình 3.5: Sơ đồ mạng đường có trục phân nhánh

Hình 4.1: Màn hình giao diện của chương trình PSS/ADEPT 5.0

Hình 4.2: Cửa sổ Equipment List View của chương trình PSS/ADEPT

Hình 4.3: Cửa sổ Progress View của chương trình PSS/ADEPT

Hình 4.4: Cửa sổ Report Preview của chương trình PSS/ADEPT

Hình 4.5: Thanh trạng thái, thanh menu chính và thanh công cụ của chương

trình PSS/ADEPT Hình 4.6: Sơ đồ lộ 478E22 Kim Ngưu trước khi đặt tụ bù

Hình 4.7: Sơ đồ lộ 478E22 Kim Ngưu sau khi đặt tụ bù

Bảng 4.1: Thông số đường dây lộ 473E22 Kim Ngưu

Bảng 4.2: Thông số máy biến áp lộ 473E22 Kim Ngưu

Bảng 4.3: Thông số tải máy biến áp lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại) Bảng 4.4: Thông số tải máy biến áp lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.5: Kết quả điện áp tại các nút lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại) Bảng 4.6: Kết quả điện áp tại các nút lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.7: Dòng công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại)

Bảng 4.8: Dòng công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.9: Tổn thất công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực đại) Bảng 4.10: Tổn thất công suất chạy trên lộ 473E22 Kim Ngưu (chế độ cực tiểu) Bảng 4.11: Dòng công suất và tổn thất công suất lộ 473E22 Kim Ngưu trước khi

bù Bảng 4.12: Vị trí các nút cần đặt tụ bù trên thẻ capo

Bảng 4.13: Điện áp nút trên lộ 483E22 Kim Ngưu sau khi bù

Bảng 4.14: Kết quả công suất và tổn thất công suất sau khi bù

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài:

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng Do đó đòi hỏi ngành điện phải đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng ngày càng tốt hơn Không chỉ đảm bảo tính liên tục cung cấp điện mà điện năng được cung cấp phải đảm bảo chất lượng

Sau khi việt Nam gia nhập WTO, các nhà đầu tư nước ngoài đã đầu tư vào Việt Nam ở nhiều lĩnh vực, chủ yếu là công nghiệp nên nhu cầu cung cấp điện với chất lượng cao là nhiệm vụ thiết yếu của ngành điện

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn:

Do tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng điện năng, trong phạm vi của

đề tài này sẽ nghiên cứu các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối như: Điện áp ở nút phụ tải, tổn thất công suất và điện năng trên lưới điện, độ tin cậy cung cấp điện đối với hộ tiêu thụ…Nguyên nhân làm giảm chất lượng điện năng, từ đó phân tích, tìm ra những giải pháp nâng cao chất lượng điện năng đối với lưới điện phân phối

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng của lưới phân phối nói chung và ứng dụng vào một xuất tuyến của lưới phân phối Quận Hai Bà Trưng

Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện trong lưới phân phối và đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng điện năng

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

Trong thời đại Công nghiệp hóa - hiện đại hóa, năng lượng là nguồn lực chủ yếu của sự phát triển kinh tế và xã hội Trong đó điện năng chiếm vai trò cực kỳ quan trọng là nguồn năng lượng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi hoạt động của con người

Trong quá trình truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ lượng điện năng tổn thất rất lớn… Các khảo sát gần đây cho thấy tổn thất trong truyền tải và phân phối trong một số lưới điện có thể lớn hơn 10% tổng sản lượng điện năng Chất lượng điện áp ở một số nút trong lưới điện không đáp ứng tiêu chuẩn, độ tin cậy cung cấp điện rất thấp… Bài toán chất lượng điện năng là bài toán khó của ngành điện, nhất là trước tình hình thực tế như hiện nay, công nghiệp sử dụng điện ngày càng tăng, lượng điện năng sản xuất không đáp ứng đủ nhu cầu, tình hình thiếu điện năng ngày càng trầm trọng nhất là vào mùa khô Do đó, nếu nâng cao được chất lượng điện năng để hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn sẽ góp phần tích cực đưa nền kinh tế đất nước phất triển bền vững

Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:

Nội dung của đề tài tập trung giải quyết hai vấn đề lớn đó là Chất lượng điện năng và một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối Cụ thể như sau:

- Khái niệm về chất lượng điện năng

- Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối

- Các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng

- Các giải pháp giảm tổn thất điện năng

- Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để đánh giá chất lượng điện năng của xuất tuyến 22kV - 473E22 Kim Ngưu Quận Hai Bà Trưng - Hà Nội

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 ĐỊNH NGHĨA CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG:

Ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20 người ta đã đưa ra các khái niệm về

"Chất lượng điện năng ", lúc đó nó đã trở thành một khái niệm gây tranh cãi, cho đến ngày nay thì còn nhiều bất đồng về việc sử dụng khái niệm này, về cách định nghĩa và áp dụng nó thế nào cho chính xác

Trong nhiều tài liệu của châu Âu và Mỹ, "Chất lượng điện năng" được hiểu là chất lượng của sản phẩm điện được nhà cung cấp phân phối cho các hộ sử dụng Còn các nhà chuyên môn thì đưa ra những nhận định của riêng mình

Theo Roger.C.Dugan: Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng, điều này phụ thuộc vào vị trí người đưa ra định nghĩa này Ví dụ các nhà cung cấp điện thì định nghĩa "Chất lượng điện năng" là độ tin cậy và khẳng định độ tin cậy đó Các nhà quản lý điện cũng đưa ra các tiêu chuẩn dựa trên quan điểm này Còn các nhà sản xuất thì định nghĩa "Chất lượng điện năng" là những đặc tính của nguồn điện cho phép thiết bị làm việc ổn định Ngoài ra ông cũng đã viết "Chất lượng điện năng" = "Chất lượng điện áp" và phân tích rằng hệ thống cung cấp điện chỉ có thể điều chỉnh chất lượng của điện áp chứ không thể điều chỉnh được dòng

điện do các tải đặc biệt sinh ra Từ đó Roger.C Dugan đưa ra định nghĩa: Chất

lượng điện năng là bất kỳ một vấn đề điện năng nào thể hiện qua sai lệch của điện

áp, dòng điện hay tần số dẫn đến các thiết bị của người sử dụng bị hỏng hay hoạt động sai

Với Barry W Kennedy, ông nhận định chất lượng điện năng theo hai quan điểm nó là một vấn đề hay một sản phẩm tuỳ thuộc theo quan điểm của từng người

Ông viết: Nếu bạn là một kỹ sư điện,một nhà nghiên cứu về điện hay một thợ điện

thì bạn có thể nhìn nhận chất lượng điện năng là một vấn đề và cần phải được giải quyết Còn nếu bạn là nhà kinh doanh, người mua bán điện hay một khách hàng tiêu thụ điện thì điện năng là một sản phẩm và chất lượng điện năng là một phần quan trọng trong đó Từ đó ông đưa ra định nghĩa của Gerry Heydt về chất lượng

điện năng “là biện pháp, sự phân tích,cải thiện cho điện áp, thông thường là điện

áp trên tải, để duy trì điện áp này ở dạng sin theo điện áp và tần số định mức”

Trong một số tài liệu khác, Maura.C.Ryan định nghĩa: Chất lượng điện năng

là mức độ trong đó việc sử dụng và phân phối năng lượng điện đều tác động đến sự hoạt động của thiết bị điện Bất kỳ một sai lệch nào so với biên độ, tần số của dạng sóng điện áp hình sin lý tưởng đều xem như là các vấn đề chất lượng điện năng

Còn Kabelo Klifford Modipance cho rằng: Chất lượng điện năng là bất kỳ

phản ứng nào không bình thường trên hệ thống điện xảy ra đối với dạng sóng của dòng điện hay /và điện áp, tác động có hại đối với sự hoạt động bình thường của thiết bị điện tử hay điện

Các cơ quan tiêu chuẩn hoá quốc tế như IEEE (Institue of Electric and Electronic Engineers) và IEC (International Electronical Commision) cũng đã định nghĩa và phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện năng

Theo IEEE thì: Chất lượng điện năng là một khái niệm của việc nối nguồn và

nối đất cho các thiết bị nhạy cảm mà theo cách đó phù hợp cho việc hoạt động của thiết bị Vào năm 2000 IEC đã đưa ra bản dự thảo và đề nghị định nghĩa về chất

lượng điện năng theo cách sau: Chất lượng điện năng là tính chất điện tại một điểm

cho trước trên một hệ thống điện được đánh giá so sánh với một bộ các thông số kỹ thuật tham khảo (với một chú ý đi kèm: trong một vài trường hợp các thông số này

có liên quan đến độ tương thích giữa năng lượng cung cấp trên mạng và các tải được kết nối với mạng đó)

1.2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI:

1.2.1 Điện áp nút phụ tải:

Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện Chất lượng điện năng ảnh

hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng cao Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng

Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế Ut và điện áp định mức Uđm với điều kiện là tốc độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1%Uđm /s, được tính như sau:

ΔU = 100 %

dm

dm t U

- Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5 ÷ 5%

- Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5 ÷ 10%

- Trên các thiết bị còn lại từ -5 ÷ 5%

- Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giảm giới hạn dưới thêm 5%

Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên

độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó

Nguyên nhân chủ yếu là do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong hệ thống điện, các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng, các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn thường gây ra dao động điện áp

dU= max min 100 %

dm U

U

(1.2)

Trong đó: Umax điện áp hiệu dụng lớn nhất; Umin điện áp hiệu dụng bé nhất;

Uđm điện áp danh định

Tiêu chuẩn quy định:

- Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giờ thì dU = 3 ÷ 5%Uđm

- Tần suất xuất hiện 2-3 lần/phút thì dU = 1÷ 1,5%Uđm

- Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giây thì dU = 0,5% Uđm

Xuất hiện khi có điện áp thứ tự nghịch

Khi điện áp thứ tự nghịch lớn thì độ không đối xứng cao

Độ không đối xứng K2:

K2= 100 %

3 2

dm U

U

=

Udm

U a U a

3

.

Hệ thống điện cần phải bảo đảm cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng có chất lượng Nếu chất lượng điện năng không đảm bảo, vượt ra ngoài giới hạn quy định thì thiết bị điện có thể sẽ bị sự cố hư hỏng, giảm tuổi thọ, hoặc làm việc kém hiệu quả và không kinh tế Sau đây ta xét ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của các phụ tải thông dụng trong thực tế như sau:

Momen của động cơ không đồng bộ tỷ lệ thuận với bình phương điện áp U đặt vào động cơ

Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho moment quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức, vì các máy phát và máy đồng bộ được thiết

kế để giữ nguyên khả năng phát công suất phản kháng khi điện áp biến đổi ít

Hình (1.1) biểu diễn sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng

bộ khi điện áp thay đổi

Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ

Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp tăng 2,5% thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9%, đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng 10% thì tuổi thọ của nó giảm (20÷25)%, với các đèn có khí khi điện áp giảm xuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn Đối với đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95% điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo mó Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp Chính

vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác

Hình 1.2: Đặc tính của đèn sợi đốt

T: Thời gian phục hồi đèn

Φ[%]: Quang thông của đèn

Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính

tĩnh của phụ tải (Hình 1.3) Từ (Hình 1.3) ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh

hưởng của điện áp so với công suất phản kháng Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm, đến một giá trị điện áp giới hạn Ugh nào đó nếu điện áp tiếp tục giảm, công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện

áp, có thể xảy ra với một nút phụ tải hoặc toàn hệ thống điện khi điện áp giảm xuống 70÷80% so với điện áp định mức ở nút phụ tải Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải tiên đoán để tìm biện pháp ngăn chặn kịp thời

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất

Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống điện Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện các thiết bị

bù sinh ra Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng

độ cảm ứng từ trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy phát nóng cục bộ, khi điện áp tăng quá cao sẽ chọc thủng cách điện Đối với đường dây, điện áp tăng cao làm tăng công suất vầng quang ở các đường dây siêu cao áp

Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng Tốc

độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng

bị giảm thấp Tần số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức Do vậy và

do một số nguyên nhân khác, tần số luôn được giữ ở định mức

fmin ≤ f ≤ fmax (1.9) Trong đó: fmin = fđm - Δfmin

fmax = fđm + Δfmax

Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1% Độ dao động tần số không được lớn hơn giá trị cho phép

Đối với hệ thống điện Việt nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức là ± 0,1Hz

1.2.3 Tổn thất công suất và điện năng trên lưới điện

Khi truyền tải điện năng từ nguồn đến hộ tiêu thụ do mỗi phần tử của mạng điện đều có tổng trở nên đều gây ra tổn thất công suất và điện áp Bất kỳ một phần

tử nào nối vào hệ thống đều gây ra tổn thất công suất, ngoài ra cách lắp đặt không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng sẽ gây ra tổn thất công suất như các mối nối hoặc do

sự già hóa vật liệu thiết bị Tổn thất công suất do nhiều yếu tố và nguyên nhân gây

ra nhưng đường dây và MBA là hai phần tử trong hệ thống gây tổn thất công suất lớn nhất Trong lưới phân phối tổng chiều dài đường dây và số lượng MBA rất lớn,

hơn nữa lưới phân phối có cấp điện áp thấp nên tổn thất công suất trên lưới phân phối là con số không nhỏ Tổn thất công suất bao gồm tổn thất công suất tác dụng (chủ yếu trên đường dây) và tổn thất công suất phản kháng (chủ yếu trong MBA) Tổn thất công suất gây tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, hiệu suất truyền tải thấp, làm tăng giá thành sản xuất cũng như truyền tải điện và đưa đến hiệu quả kinh tế kém Vì vậy phân tích tổn thất công suất trên lưới phân phối có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn

Khi có dòng điện 3 pha chạy qua đường dây có tổng trở Z = R +jX như (Hình

1.4) sẽ gây ra tổn thất công suất như sau:

ΔP = 3.I2.R = R

U

S

2 2

2

R U

Q P

2 2

2

U

Q P

2 2

2

2 

(1.11)

Trong đó:

P: là công suất tác dụng của 3 pha

Q: là công suất phản kháng của 3 pha

R: là điện trở 1 pha

X: là điện kháng 1 pha

ΔP: là tổn thất công suất tác dụng của 3 pha

ΔQ: là tổn thất công suất phản kháng của 3 pha

b Đường dây có phụ tải phân bố đều:

Đó là trường hợp các hệ thống điện phân phối trong thành phố, đường dây chiếu sang công cộng dường phố, đường dây cung cấp điện cho các xí nghiệp trong khu chế xuất…

Gần đúng ta có thể coi dòng điện biến thiên theo đường thẳng dọc theo đường

dây dẫn như (Hình 1.5)

Hình 1.5: Đồ thị biến thiên của dòng điện dọc theo đường dây có phụ tải phân bố

đều

I: Dòng tổng của phụ tải phân bố đều

Lấy một vi phân dI tại B ta có dòng Ib =

L

l I.

Tổn thất ΔP trong một vi phân dl là: dΔP =3 2

b

I dr Điện trở trên một đơn vị chiều dài dây dẫn r0 (Ω/km)  dr = r0.dl

Vậy: dΔP =3 r dl

L

l I

0

2

(1.13) 2

2 0 2

2

2 0 0

2

3

.

L

I r dl r L

l I P

L L

So sánh (1.10) và (1.13) ta thấy tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân

bố đều bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có cùng phụ tải nhưng phân bố tập trung ở cuối đường dây: ΔPtập trung =3.ΔPphân bố đều

Hình 1.6: Sơ đồ thay thế dòng điện dọc theo đường dây có phụ tải phân bố đều

Từ đó có thể dùng sơ đồ thay thế tương đương như (Hình 1.6a) hoặc như

(Hình 1.6b) để tính tổn thất

Khi tải không đối xứng sẽ dẫn đến dòng điện và điện áp cũng không đối xứng

cả về biên độ và góc pha Sau đây chỉ xét biên độ Để thuận tiện trong việc tính toán, người ta sẽ phân tích các đại lượng không đối xứng thành các thành phần đối xứng Đó là các thành phần thứ tự thuận ( 1

1

.

, I

U ), thành phần thứ tự nghịch ( 2

.

B

I ,.

C

I là điện áp và dòng điện của 3 pha A, B, C

Ta có mối quan hệ sau:

) (

3

2

1 U A a U B a U C

) (

3

2

2 U A a U B a U C

) (

3

2

1 I A a I B a I C

) (

3

2

Với 0

120

j

e

a : Toán tử quay pha

Trong thực tế người ta không dùng trị số dòng điện để tính tổn thất công suất

mà dùng trị số của công suất để tính toán Giả sử công suất của nguồn phát là đối

, từ đó công suất của các thành phần thứ tự thuận,thứ tự nghịch và thứ

tự không được phân tích như sau:

)(

3

1

1

1 U A I S A S B S C

S      (1.14)

) (

3

1

2 2

2 U A I S A a S B a S C

S      (1.15)

)

(3

1

2 0

0 U A I S A a S B a S C

S      (1.16)

Để tính toán chế độ phụ tải không đối xứng, cũng như xác định tổn thất công

suất, phải lập sơ đồ thay thế của lưới điện ứng với từng thành phần thứ tự Từ

những sơ đồ cụ thể đó ta có thể xác định được tổn thất công suất cho đường dây

giống như ở chế độ phụ tải đối xứng

Việc xác định tổn thất công suất trên lưới có tải không đối xứng theo phương

pháp xếp chồng ứng với từng thành phần thứ tự dựa trên các giả thiết sau đây

- Hệ thống điện áp của nguồn cung cấp phải đối xứng và không phụ thuộc vào

phụ tải đang xét

- Trị số không đối xứng thường bé nên dòng phụ tải có thể xác định theo điện

áp định mức

- Tất cả các phần tử của hệ thống được xem là tuyến tính

- Mức độ không đối xứng của các thong số chủ yếu được xác định theo mức

không đối xứng Do vậy giả thiết rằng tất cả các phần tử còn lại của lưới điện

(ngoài phụ tải không đối xứng đang xét) có các thống số pha giống nhau

)(

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận dạng thông thường được dùng trong tính toán chế

độ đối xứng Các giá trị của các phần tử trong chế độ thứ tự thuận đều tương ứng với trị số của chúng trong chế độ đối xứng Vì vậy tổn thất công suất được xác định như trong chế độ đối xứng

- Trong sơ đồ thay thế thứ tự nghịch tất cả các phụ tải đều được thay thế bởi các nhánh tổng trở cho trước Đối với các phần tử của lưới điện có hỗ cảm giữa các pha và không phụ thuộc vào thứ tự pha thì điện kháng thứ tự thuận

và thứ tự nghịch giống nhau như đường dây trên không, cáp, kháng điện, tụ điện, MBA …Trong động cơ và máy phát dòng thứ tự nghịch tạo nên từ trường quay của stator ngược chiều với roto, do vậy điện kháng thứ tự nghịch (X2) được tính khác với điện kháng thứ tự thuận (X1) Đồng thời điện dung của đường dây trên không và cáp có thể bỏ qua trong sơ đồ thay thế

- Sơ đồ thay thế thứ tự không được thành lập tương tự Đối với lưới điện phân phối không nối đất trung tính trị số dòng thứ tự không rất bé, do vậy tổn thất này thường được bỏ qua

Tổn thất công suất trên mỗi MBA chiếm vài phần trăm so với công suất danh định của nó Trong hệ thống điện nói chung và lưới phân phối nói riêng số lượng MBA áp rất lớn vì vậy tổn thất trên MBA áp là con số đáng kể Vậy ngoài vấn đề tổn thất công suất trên đường dây cần phải tính đến tổn thất công suất trong MBA Tổn thất công suất trong MBA bao gồm tổn thất công suất không tải (tổn thất trong lõi thép hay tổn thất sắt) và tổn thất khi có tải (tổn thất trong dây quấn hay tổn thất đồng)

Tổn thất công suất phản kháng ở MBA công suất nhỏ khoảng 10%Sđm, MBA lớn là 3%Sđm, còn các MBA siêu cao áp có thể từ 8÷10% (tương ứng với điện kháng ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch)

Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và bằng tổn thất không tải

Io%: Dòng không tải so với dòng định mức

Đối với MBA hai cuộn dây, tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi

Unm%: Điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp định mức

Vì MBA làm việc với phụ tải S pt

. khác với dung lượng định mức nên khi xác định tổn thất trong MBA cần chú ý xét đến hệ số tải

Kt =

đm

pt đm

pt I

I S

Trước hết tính tổn thất công suất trong cuộn dây 2 và 3 theo phụ tải tương ứng

trung và hạ áp (Hình 1.7)

ΔS.3= '

3

2 3 2 3

' 3

' 2

''





1 2

1

2 '' 1 2 '' 1

   

1 2

1

2 '' 1 2 '' 1

trực tiếp theo các đại lượng định mức và hệ số tải

t đm nm t đm

K S

U K S

1.2.3.3 Tổn thất điện năng trong lưới điện:

Trên cơ sở tính tổn thất công suất trên đường dây và MBA, ta tính được tổn thất điện năng của chúng trong thời gian sử dụng điện năng t

Trị số tổn thất điện năng trên các phần tử của lưới điện phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính phụ tải Nếu phụ tải không thay đổi thì trên phần tử có tổn thất công suất

ΔP sẽ gây ra tổn thất điện năng trong thời gian t là:

ΔA =ΔP.t (1.27) Song trong thực tế phụ tải luôn thay dổi theo thời gian, vì vậy phải dùng phương pháp tích phân để tính tổn thất điện năng

ΔA =

t

dt P

0 (1.28)

Tuy nhiên ΔP là một hàm số phức tạp của thời gian t rất khó tích phân, người

ta thường dùng hai phương pháp sau:

Phương pháp dòng điện đẳng trị

Xác định tổn thất điện năng trong một năm theo công thức sau:

     dt

t U

t S R dt t I R

8760 0

8760 0 2

2 2

t Q t U

t P R

2

(1.30)

P(t) và Q(t) khó biểu diễn được dưới dạng giải tích, khi đó có thể xác định điện năng gần đúng bằng cách bậc thang hóa đường cong P(t) và Q(t) và lấy trị số bằng điện áp định mức

  i n

i

i i đm i n

i

U

R t S U

1

2 2 2 1

2

Phương pháp này trong nhiều trường hợp không làm được vì ta không biết trước đồ thị P(t) và Q(t)

8760 0 max

8760

0 max

.)

(

S

dt S I

dt t I T

8760 0 2

2 max

8760 0

2

.)

(

S

dt S I

dt t

τ = (0.124 +Tmax.10-4 )2.8760 (1.34) Nếu biết P(t) có Pmin và Pmax , biết Tmax thì ta có thể tính τ theo công thức thực nghiệm sau có độ chính xác cao hơn so với công thức:

τ = 2Tmax – 8760 +

2 max min max

min max

max 12

87601

P T

T

(1.35)

Một công thức thực nghiệm khác:

τ = 0.3Tmax+ 8760

7

0 Tmax2

(1.36)

Tổn thất điện năng trên đường dây có phụ tải tập trung, phân bố đều được tính như sau:

8760h

τmax Τmax

Smax

S2 max

ΔA = ΔP.τ (1.37) ΔP: Tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây và phụ tải tính toán

τ: Thời gian tổn thất công suất cực đại

Trường hợp cosφ của nhiều phụ tải giống nhau:

Hình 1.9: Sơ đồ thay thế của đường dây có 3 phụ tải

Nếu phụ tải A, B, C c ó cosφ giống nhau (Hình 1.9), Tmax như nhau thì trị số τ

của cả 3 phụ tải đều giống nhau, tổn thất điện năng được xác định như sau:

2 '' 2 3

2 ''

U

S r U

S r U

S A

B C

D

Trường hợp cosφ của nhiều phụ tải khác nhau:

Nếu cosφ và Tmax của các phụ tải khác nhau nhiều thì phải tính riêng rẽ tổn

thất trên từng đoạn dây

2 '' 2 3 3

2 '' 3

U

S r

U

S r

U

S A

B C

D

(1.39)

Nếu cosφ của các phụ tải khác nhau không nhiều, ta dùng trị số trung bình của

Tmaxtb và tính cosφtb theo công thức gần đúng sau:

3 '' 2 '' 1

'' 3 ''

2 ''

1 cos cos cos

S S S

S S

tính được tổn thất công suất của đường dây

Tổn thất điện năng trong MBA 2 cuộn dây được xác định như sau:



2 max 0

S

S P t P

Tổn thất điện năng trong MBA 3 cuộn dây được xác định như sau:



2 3 max 3

2 2 max 2

2 1 max 1

0 3

pt nm đm

pt nm MBA

S

S P S

S P S

S P t P

Sđm: Công suất định mức của MBA

Sptmax: Công suất phụ tải cực đại của MBA

1

2 max 0

2      



đm

pt nm MBA

S

S P n t P n



1

2 3 max 3

2 2 max 2

2 1 max 1

0 3

pt nm đm

pt nm MBA

S

S P S

S P S

S P n t P

n

Khi biết đồ thị phụ tải, để giảm tổn thất điện năng người ta thường thay đổi số

lượng MBA thùy theo mức phụ tải (Hình 1.10) khi đó tổn thất của trạm MBA 2

cuộn dây được xác định như sau:

i đm i n

nm n

i i i

S

S n P t n P

2

1 1

Với ni: Số MBA làm việc trong thời gian ti

Si: Phụ tải của ni MBA vận hành song song trong thời gian ti

Trong trường hợp các MBA có công suất khác nhau làm việc song song, trước

hết cần tìm sự phân bố phụ tải giữa chúng Đối với các MBA có điện áp ngắn mạch

(Unm%) bằng nhau thì phụ tải phân bố giữa chúng có thể xem như tỉ lệ với công suất

định mức của chúng

Phụ tải của toàn trạm là S thì mỗi MBA sẽ nhận công suất là:

.

1

.

đmi i





 (1.46)

: Công suất định mức của MBA thứ i

Sau khi biết được công suất phân bố cho từng MBA, có thể tính riêng tổn thất điện năng cho từng MBA theo công thức (1.41) hoặc (1.42)

Hình 1.10: Đồ thị phụ tải trong 1 năm

1.2.4 Độ tin cậy cung cấp điện và các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Độ tin cậy của lưới điện phân phối là khả năng mà hệ thống cung cấp đầy đủ

và liên tục điện năng cho hộ tiêu thụ với chất lượng điện năng đảm bảo

Để phân tích các chỉ tiêu của độ tin cậy cung cấp điện sử dụng các thuật ngữ

và các thông số cơ bản sau:

- Sự cố hỏng hóc: Sự cố hỏng hóc là trạng thái của một phần tử hoạt động không như mong muốn nên phải cắt phần tử đó ra khỏi hệ thống

- Cắt cưỡng bức: là hậu quả do các điều kiện khẩn cấp liên quan đến thiết bị

cần phải cắt tức thời, hoặc tự động như thiết bị bảo vệ rơle, hoặc thao tác đóng cắt, hoặc do tác động sai của thiết bị bảo vệ hay người vận hành thao

- Cắt cưỡng bức ngắn hạn: Do các sự cố thoáng qua gây ra,các thiết bị có thể được đưa vào vận hành trở lại tự động,hoặc khi thay thế cầu chì

- Mất điện: Ngừng cấp điện cho một hay nhiều khách hàng do một hay nhiều thiết bị cắt khỏi vận hành

- Mất điện định kỳ: Mất điện gây ra do cắt điện theo lịch

- Mất điện cưỡng bức: Gây ra do cắt cưỡng bức

- Thời gian mất điện: Khoảng thời gian từ lúc bất đầu cắt điện cho đến khi phục hồi cung cấp điện trở lại

- Mất điện thoáng qua: Mất điện có thời gian ngắn, thiết bị được đưa vào vận hành trở lại bằng các thao tác tự động

- Mất điện duy trì: Là các trường hợp còn lại không thuộc loại mất điện thoáng qua

Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện tổ chức IEEE (Instiute of Elictrical and Electronic Engineers) Mỹ đã xây dựng một số chỉ số cụ thể như sau:

 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System Average

Interruption Frequency Index - SAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về số

lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm

- λ i : Cường độ hỏng hóc trong năm

- N i : Số lượng khách hành tại nút thứ i

 Chỉ số thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống: (System

Average Interruption Duration Index - SAIDI): Chỉ số này cung cấp thông tin về thời gian (phút hoặc giờ) mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm

- U i : Thời gian cắt điện hàng năm

- N i : Số lượng khách hang tại nút thứ i

 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average

Interruption Frequecy Index - CAIFI): Chỉ số này thể hiện số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm Trong phép tính này

ta chỉ quan tâm tới số lượng khách hàng và không tính đến số lần mất điện

 Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average

Interruption Duration Index - CAIDI): Chỉ số này cung cấp thông tin về thời gian trung bình cần để phục hồi của một lần mất điện duy trì cho khách hàng

Đối với khách hàng thực sự trải qua mất điện duy trì, chỉ số này nói lên tổng thời gian trung bình không được cấp điện Đây là thông số hỗn hợp của CAIDI và được chấp nhận tính bằng số khách hàng nhân với số lần mất điện được đếm chỉ một lần

 Chỉ số sẵn sàng cấp điện trung bình (Average Service Availability Index -

ASAI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình (thường tính bằng %) mà khách hàng được cung cấp điện trong vòng một năm Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp điện trong năm và tổng số giờ khách hàng yêu cầu (Số giờ khách hàng yêu cầu = 24h/ngày*365 ngày =8760h)

 Chỉ số trung bình thời gian mất điện của hệ thống (Average System

Interrupion Duration Index - ASIDI): về mặt phụ tải nó là tỉ số thời gian không được cấp điện trên tổng số (kVA) được cung cấp

 Chỉ số tần suất mất điện (thoáng qua) trung bình của khách hàng (Customer

Experiencing Multiple Interruptions - CEMI): Chỉ số này dùng để theo dõi số lượng

n khách hàng mất điện thoáng qua của một tập các khách hàng riêng biệt

 Chỉ số tần suất mất điện (thoáng qua và duy trì) trung bình của khách hàng

(Customer Experiencing Multiple Sustained Interruption and Momentary Interruptions events - CEMSMIN): Chỉ số này dùng để theo dõi số lượng n khách hàng mất điện duy trì và mất điện thoáng qua của một tập các khách hàng riêng biệt Mục đích của nó là giúp nhận biết khó khăn của khách hàng mà không thấy được khi sử dụng chỉ số trung bình

 Chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống (Momentary

Average Interruption Frequency Index - MAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về

số lần mất điện thoáng qua trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm

 Chỉ số điện năng không cung cấp (Energy Not Supplied Index - ENS):

 Chỉ số điện năng không cung cấp trung bình (Average Energy Not Supplied

Index - AENS):

 Chỉ số cắt điện năng trung bình của khách hàng: ACCI

 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (Average System

Interruption Frequency Index - ASIFI): Chỉ số này tính toán độ tin cậy chủ yếu dựa trên công suất thay vì dựa trên số lượng khách hàng Chỉ số này quan trong đối với phần lớn các khách hàng công nghiệp hay thương mại Nó còn được dùng cho các mạng công cộng, ở đó thể loại khách hàng không đa dạng lắm Tương tự như SAIFI, nó cho biết thông tin về tần suất trung bình mất điện duy trì

 Chỉ số độ không sẵn sàng cung cấp điện (Average Service Unavailability Index

- ASUI):

ASUI = 1 – ASAI Điện năng là nguồn năng lượng cực kỳ quan trọng, là động lực chính của toàn nền kinh tế quốc dân, do đó phải luôn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, vì khi xảy

ra sự cố mất điện sẽ gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế cũng như chính trị xã hội Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện và cũng để làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng quản lí, vận hành hệ thống điện Tổng công ty Điện lực Việt Nam (nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam) đã có các quy định cụ thể về chỉ tiêu suất sự cố như sau:

- Suất sự cố thoáng qua đường dây trung áp: 12 vụ/100km.năm

- Suất sự cố vĩnh cửu đường dây trung áp: 3,6 vụ/100km.năm

- Suất sự cố vĩnh cửu trạm biến áp: 1,8 vụ/100km.năm

Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện được chia làm hai nhóm chính Các biện pháp làm giảm số lần sự cố và các biện pháp giảm thời gian mất điện

1 Nâng cao chất lượng:

- Sử dụng các thiết bị có cường độ hư hỏng bé Thay thế các thiết bị có cường

độ hư hỏng lớn bằng các thiết bị có cường độ hư hỏng bé

- Trong thiết kế, lắp đặt sử dụng các vật tư, thiết bị và giải pháp phù hợp nhằm giảm sự cố có tác nhân từ bên ngoài, ví dụ như:

 Sử dụng dây bọc cách điện để ngăn ngừa sự cố do tiếp xúc với các vật thể khác

 Sử dụng các thiết bị phù hợp với môi trường vận hành như sử dụng sứ chống nhiễm mặn khi các đường dây đi qua khu vực gần biển

 Lắp đặt các chống sét đường dây, mô phỏng cho các đường dây đi qua vùng có mật độ sét lớn, suất sự cố do sét cao

2 Tăng cường công tác bảo dưỡng đường dây, thiết bị để ngăn ngừa sự cố chủ quan:

- Trang bị phương tiện phục vụ cho công tác quản lý vận hành, bảo dưỡng như

xe thang, thiết bị kiểm tra phát nóng

- Đào tạo và bồi huấn kiến thức, tính kỷ luật cho nhân viên vận hành

1 Giảm đến mức tối thiểu có thể khu vực mất điện bằng cách tăng số lượng lắp đặt thiết bị phân đoạn

2 Nhanh chóng khoanh vùng sự cố bằng cách áp dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối nhằm tự động khoanh vùng sự cố

3 Xây dựng hệ thống mạch kép, mạch vòng

4 Khắc phục sự cố nhanh

- Xác định nhanh điểm sự cố bằng các thiết bị chuyên dùng để dò tìm sự cố như thiết bị chỉ thị sự cố (Fault indicator)

- Trang bị các thiết bị chuyên dùng để xử lý sự cố

- Tăng cường công tác bồi huấn, huấn luyện nhân viên vận hành về trình độ và khả năng xử lý sự cố

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 2.1 CẤU HÌNH LƯỚI PHÂN PHỐI TRONG VẬN HÀNH

Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực, hoặc thanh cái nhà máy điện cho các phụ tải Do đó lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ.Từ những nhiệm vụ đó của lưới phân phối và yêu cầu của phụ tải, buộc lưới phân phối phải có cấu hình hợp lý để hoàn thành nhiệm vụ cung cấp điện cho phụ tải

2.1.1 Đặc điểm chung của lưới phân phối:

Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng đưa điện năng tới hộ tiêu thụ điện Lưới điện nhận điện từ một, hai hay nhiều trạm nguồn của lưới truyền tải đến hộ tiêu thụ điện Vì vậy lưới điện phân phối ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện,quyết định cuối cùng về chất lượng điện năng, ảnh hưởng trực tiếp đến hộ tiêu thụ

Tổn thất điện năng trong lưới phân phối gấp 3÷4 lần tổn thất trong lưới truyền tải Khối lượng đầu tư xây dựng lưới điện phân phối chiếm tỉ trọng khá lớn trong toàn bộ hệ thống lưới Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng, cải tạo lắp đặt mới trên lưới phân phối cũng nhiều hơn trên lưới truyền tải

Cấu trúc lưới phân phối đa dạng, phức tạp, lưới điện được đầu tư và xây dựng thường không tuân thủ theo quy hoạch Do nguồn vốn quyết định, lưới điện được phát triển, đấu nối tùy tiện theo ý chủ quan nên có nhiều cấu trúc lưới quá dài đối với cấp điện áp, quá tải đối với tiết diện dây dẫn đường trục, các chỉ tiêu tính toán thường nằm ra ngoài vùng cho phép

Chế độ vận hành của lưới phân phối thường ở chế độ lưới hở, rất ít vận hành ở chế độ kín do phức tạp, nhưng yêu cầu phải thiết kế lưới phân phối kín có dự phòng, tăng độ tin cậy cung cấp điện, mặt khác vị trí lưới vận hành hở,quá trình thao tác, chuyển đổi đưa ra sửa chữa, khôi phục trở lại dễ dàng

Tính chất phụ tải của lưới phân phối cũng đa dạng, phức tạp, nhất là theo tập quán sản xuất nhỏ của Việt Nam, các phụ tải tiểu công nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt… nằm trong cùng một hộ tiêu thụ, do đó rất khó khăn trong việc xây dựng các đồ thị phụ tải đặc trưng phục vụ cho các chế độ thống kê tính toán

2.1.2 Những yêu cầu của lưới phân phối:

Mục tiêu chính của hệ thống cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn luôn đủ điện năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép với các yêu cầu cụ thể sau đây:

 Độ tin cậy cung cấp điện:

- Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ thuộc loại nào, trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao tốt

 Chất lượng điện:

- Chất lượng điện được đánh giá bằng hai chỉ tiêu là tần số và điện áp

- Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện điều chỉnh Chỉ có những

hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện

- Vì vậy người thiết kế cung cấp điện thường chỉ phải quan tâm đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng

- Nói chung, điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị

±5% điện áp định mức Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hóa chất, điện tử, cơ khí chính xác… điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng ±2,5%

 An toàn cung cấp điện:

- Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị Muốn đạt được yêu cầu đó người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp

lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành Các thiết bị phải được chọn đúng chủng loại, đúng công suất

 Kinh tế:

- Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện, chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên đã được đảm bảo

 Độ tin cậy cấp điện: Mức độ đảm bảo cấp điện liên tục, được phân thành loại phụ tải sau:

- Phụ tải loại 1: Là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố ngừng cấp điện có thể gây

nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng các thiết bị, gây rối loạn các quá trình công nghệ phức tạp, hoặc làm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng không tốt

về phương diện chính trị (ví dụ như hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, đại sứ quán, sân bay, bệnh viện, hầm mỏ, khu công nghệ cao… ) Đối với hộ tiêu thụ điện loại một phải được cấp điện với độ tin cậy cao, thường dùng hai nguồn cung cấp, đường dây hai lộ, có nguồn dự phòng, nhằm hạn chế mức thấp nhất về sự cố mất điện Thời gian mất điện thường được xác định bằng thời gian đóng nguồn dự trữ

- Phụ tải loại 2: Là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cấp điện sẽ dẫn đến thiệt

hại về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, hư hỏng sản phẩm, lãng phí sức lao động Hộ tiêu thụ loại này có thể dùng phương án có hoặc không có nguồn

dự phòng, đường dây một mạch hay mạch kép Việc chọn phương án cần dựa vào kết quả so sánh giữa vốn đầu tư để tăng thêm nguồn dự phòng và giá trị thiệt hại kinh tế do ngừng cấp điện Hộ loại hai cho phép ngừng cấp điện trong thời gian đóng nguồn dự trữ bằng tay

- Phụ tải loại 3: Là tất cả những hộ còn lại ngoài hộ loại 1 và hộ loại 2, tức

những hộ cho phép cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố, nhưng thường không cho phép quá một ngày đêm (24h) như các khu nhà ở, kho tàng, các trường học hoặc lưới cấp điện cho nông nghiệp Đối với hộ tiêu thụ loại này có thể dùng một nguồn điện, hoặc đường dây một mạch

Các phân loại như trên nhằm có sự lựa chọn hợp lí về sơ đồ và các giải pháp cấp điện bảo đảm yêu cầu kinh tế kỹ thuật, độ tin cậy cũng như chất lượng điện năng cho các đối tượng cần cấp điện

- Chất lượng điện: Chất lượng điện được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và

điện áp Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh mang tính toàn hệ thống Chất lượng điện áp mang tính cục bộ nên các công ty điện lực cần phải đảm bảo cho khách hàng mà mình quản lý Nói chung điện áp lưới trung và hạ áp chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức ±ΔUcp% Ở những xí nghiệp phân xưởng yêu cầu chất lượng điện áp cao như may, hóa chất, cơ khí chính xác, điện tử chỉ cho phép dao động điện

áp ±(2.5%)

- An toàn: Công trình thiết kế cấp điện phải có tính an toàn cao, an toàn người

vận hành, người sử dụng và an toàn cho chính các thiết bị điện và toàn bộ công trình Người thiết kế ngoài việc tính toán chính xác, chọn đúng các thiết

bị và khí cụ điện còn phải nắm vững về những quy định an toàn, hiểu rõ môi trường lắp đặt hệ thống cấp điện và những đặc điểm của đối tượng cấp điện Khâu lắp đặt cũng có ý nghĩa hết sức quan trọng làm nâng cao hay hạ thấp an toàn của toàn hệ thống điện Cuối cùng người vận hành và sử dụng điện phải tuyệt đối tuân thủ triệt để các quy tắc an toàn và quy trình sử dụng vận hành

- Kinh tế: Chỉ tiêu kinh tế của mạng điện được xác định trên cơ sở:

 Chi phí vốn đầu tư, bảo trì, sửa chữa và vận hành là thấp nhất

 Tổn thất điện năng trên các phần tử của lưới điện

Quan điểm kinh tế kỹ thuật phải biết vận dụng linh hoạt tùy theo từng đối tượng cấp điện và tùy thuộc vào từng giai đoạn phát triển Khi thiết kế hay nâng cấp

hệ thống cần đưa ra nhiều phương án, mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm riêng, đều có những mâu thuẫn giữa hai mặt kinh tế kỹ thuật Phương án kinh tế không phải là phương án có vốn đầu tư ít nhất, phương án tổng hòa kinh tế kỹ thuật sao cho thời gian thu hồi vốn đầu tư là sớm nhất Ngoài bốn yêu cầu chính nêu trên,

khi thiết kế cần phải lưu ý sao cho hệ thống cấp điện thật đơn giản, dễ thi công, dễ vận hành, dễ sử dụng, dễ phát triển phụ tải sau này hay quy hoạch nâng cấp

Để đảm bảo những yêu cầu trên của lưới phân phối thì lưới phân phối phải có cấu trúc phù hợp Dựa vào hình dáng người ta chia lưới phân phối ra làm hai dạng chính là dạng hở và kín

- Dạng hở: Là mạng điện mà các hộ tiêu thụ nhận điện từ một phía Mạng này

đơn giản, dễ vận hành, dễ tính toán nhưng tính liên tục cấp điện thấp

- Dạng kín: Là mạng điện mà trong đó các hộ tiêu thụ điện được cung cấp từ

ít nhất 2 nguồn trở lên Mạng điện này tính toán thiết kế khó khăn, vận hành phức tạp nhưng mức đảm bảo cấp điện cao

2.1.3 Lựa chọn cấu hình hợp lý của lưới phân phối trong vận hành:

Lựa chọn cấu hình hợp lý của lưới phân phối trong vận hành cũng là một trong những giải pháp hữu hiệu nhầm nâng cao chất lượng điện áp, giảm tổn thất điện năng Do mạng điện phân phối có cấu trúc phức tạp, bao gồm nhiều đường dây, trạm biến áp, nhiều thiết bị đi kèm…phụ tải của mạng phân phối cũng đa dạng và phân bố không đều nên trong vận hành tùy theo loại hộ tiêu thụ, điều kiện cụ thể của từng khu vực mà chọn sơ đồ thích hợp nhất Sau đây là một số sơ đồ thường gặp

Sơ đồ dạng hình tia cổ điển (Hình 2.1)

Đặc điểm của loại sơ đồ này là cấu trúc đơn giản Toàn bộ tải được cung cấp

từ một nguồn đơn nên vận hành tiện lợi Sơ đồ này thường được dùng để cấp điện cho hộ tiêu thụ loại 3 và một phần hộ tiêu thụ loại 2, vì độ tin cậy thấp, điều chỉnh điện áp khó khăn và độ sụt áp lớn Hạn chế khi phụ tải có yêu cầu cung cấp công suất lớn

Khi có sự cố đường dây ở vùng K, thì trạm 1 bị mất điện, đồng thời các trạm

hộ tiêu thụ 3a, 3b cũng bị mất điện vì các hộ tiêu thụ này lấy điện từ trạm 1 Khi có

sự cố xảy ra ở phía nguồn thì sẽ ngừng cấp điện cho toàn bộ tải

 635kV

1K

3b3b

0.4kV

Hình 2.1: Sơ đồ dạng hình tia cổ điển

Trong một số trường hợp nhất định, người ta dùng sơ đồ (Hình 2.2) có cải tiến một ít so với sơ đồ (Hình 2.1) Với sơ đồ loại này thì việc điều chỉnh điện áp và hiệu

suất tốt hơn, tổn thất cũng thấp hơn, số lượng máy cắt và máy biến áp cũng giảm

xuống

Hình 2.2: Sơ đồ dạng hình tia cổ có cải tiến

Đối với các hộ tiêu thụ loại 2 với thời gian cho phép ngừng cung cấp điện 15÷30 phút thì có thể sủ dụng sơ đồ dạng cây có cải tiến theo phương án có đường

Hình 2.3: Sơ đồ dạng hình tia cổ điển cải tiến có đường dây dự phòng

Khi có sự cố hay duy tu, sửa chữa đường dây phía cao áp hoặc thanh cái thì đường dây còn lại đảm nhiệm việc mang tải và có thể phải thực hiện việc sa thải một số phụ tải Với sơ đồ này thì chi phí xây dựng đường dây tăng gần gấp đôi Nhưng bù lại độ tin cậy cấp điện cao Tổn thất trên đường dây thấp, điều chỉnh điện

áp và hiệu suất tốt hơn